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聚丙烯酰胺与其它聚电解质相比，具有较高的热稳定性。但干燥加热到100℃以上高温时由于形成亚胺常引起交联。高温下长时间加热，则会引起高分子降解。在无氧情况下加热聚合的到210℃时，因脱水而轻微失重。继续加热，到210-300℃时引起酰胺基分解生成氨和水。335℃时开始进入二级分解区，约370℃时分解速率达到最大值。产生二级分解是由于聚合物主链及酰胺分解，生成腈。温度升至500℃时开成黑色干片粉末，样品重量不再变化，但仅为原样重量的30%-40%。
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